[发明专利]一种用于反应堆厂房内部的钋气溶胶浓度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及核安全领域，具体涉及一种能够实时测量反应堆内钋气溶胶浓度的系统。

背景技术

核反应堆一般会产生许多带有放射性的产物，因此，对核反应堆厂房的放射性检测是非常重要的，关系到在厂内的工作人员的生命安全，也关系到厂房周边的环境安全。

在某些反应堆中，会产生放射性物质钋210（以气溶胶的形式存在）。由于其一般在大气中的浓度极小而毒性极大，因此需要能够迅速有效的检测钋210浓度设备和方法。目前常用的检测方法为电化学法沉积处理后再通过α能谱仪检测（Kostadinoy K N等：J RadioanalChem42（2）:411~415,1978），但是其缺点是检测时间很长，估计约超过2h，无法满足实时高效的需求。

在环境光学中，经常利用傅里叶变换光谱进行大气常见污染物如SO2，NO等的浓度实时测量。傅里叶变换光谱是一种这样的技术：利用干涉光经过待测气体吸收后得到光强的傅里叶频谱，再通过反演得到待测气体浓度。其特点就是精度高，可实时测量。另外，相比较与传统的测量方法，傅里叶变换光谱测量对操作人员的要求和所需的成本都要大大的降低。

发明内容

本发明要解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以实时检测反应堆厂房内钋气溶胶浓度的系统，利用傅里叶变换光谱的特点以及长程的吸收光路，实现对反应堆厂房内钋气溶胶的实时检测，保证厂房内工作人员的安全以及厂房周边环境的安全。

本发明的技术方案如下：一种用于反应堆厂房内部的钋气溶胶浓度检测系统，由激光光源1、干涉仪2、反应堆厂房墙壁3、接收望远镜4、光电转换装置5、角反射器6以及计算机处理系统7组成。

目前已知钋210的吸收峰为449.3nm、430.2nm和417.0nm。因此，为了保证钋气溶胶对于光的吸收量，该系统中使用的光源采用中心波长为417~450nm的蓝紫光激光器。

钋气溶胶浓度检测系统所需要的相干光由迈克尔逊干涉仪产生。

钋气溶胶浓度检测系统中的长程吸收光路设计如下：

傅里叶变换光谱测量系统主要基于的原理是比尔朗伯吸收定律：I=I₀·exp（-бcL），其中I表示接收光强，I₀表示出射光强，б表示待测气体吸收截面，c表示气体浓度。依据David M Haaland,Robert G Easterling.Application of new least-squares methods for the quantitative infrared analysis ofmulticomponent samples[J].Applied Spectroscopy，1982,36（6）:665-672，比尔朗伯吸收定律的线性使用限度为In（I0/I）≤0.7。设系统的光电转换装置可感应到的光强为I，激光器的出射光强为I₀，钋气溶胶的吸收截面为б，反应堆厂房内标准空气中的钋气溶胶浓度为c_标准，结合比尔朗伯吸收定律，估算出系统所需要的吸收光路L=ln（I₀/I）/（бc_标准），同时需要满足比尔朗伯定律的线性使用范围In（I₀/I）≤0.7。钋210在450nm左右的吸收截面约10^-14cm²量级，根据大量测试实验得到的数据，一般ln（I₀/I）约为10^-23量级左右。假设待测气体浓度约为10^-11-10^-12mg/m³左右（根据大气中钋210的最大允许浓度0.2Bq/m³），那么可以估算这时所需要的光路长度约为10²m量级，又由于一般反应堆运行时厂房内钋浓度会比正常大气中的浓度高很多，因此，完全可以满足实际堆内厂房的钋检测的需要。具体的光路设计要依据所要求测量的钋210浓度所决定。